化学选修4化学电源

第二节第二节 化学电源化学电源 形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极用途广泛的电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池阅读课文阅读课文P73页并回答系列问题：页并回答系列问题：1 1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2 2、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？3 3、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高、供能稳定可靠、使用方能量转换效率高、供能稳定可靠、使用方便、易于维护、并可在各种环境下工作便、易于维护、并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即即比能量的大小比能量的大小；输出功率的大小即；输出功率的大小即比功率比功率的大小的大小以及电池的存储时间的长短以及电池的存储时间的长短化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池锌银蓄电池锌银蓄电池普通干电池普通干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池一、一次电池一、一次电池锌锰电池、锌锰电池、锌银电池、锂电池锌银电池、锂电池1、正负极材料、正负极材料碱性锌锰电池碱性锌锰电池正极：正极：MnO2负极：负极：Zn2、工作机制、工作机制负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-氢氧化氧锰氢氧化氧锰碱性锌锰电池构造示意图碱性锌锰电池构造示意图 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应电解质：电解质：KOH总反应：总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOHZn(OH)23、优缺点简析、优缺点简析缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电其它一次电池其它一次电池锌银电池、锂电池锌银电池、锂电池锌银电池（纽扣电池）锌银电池（纽扣电池）正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH负极：负极：Zn+2OH 2e-=ZnO+H2O总反应：总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag二、二次电池二、二次电池铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池1、正负极材料、正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2、工作机制、工作机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程分为放电和充电两个过程放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电3、优缺点简析、优缺点简析缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池（2004年年江江苏苏高高考考）碱碱性性电电池池具具有有容容量量大大、放放电电电电流流大大的的特特点点，因因而而得得到到广广泛泛应应用用。锌锌锰锰碱碱性性电电池池以以氢氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是下列说法错误的是A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为：2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过0 2 mol电子，锌的质量理论电子，锌的质量理论上减小上减小6 5 g 答案：答案：C C三、燃料电池三、燃料电池氢氧燃料电池，氢氧燃料电池，烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池电池酸性氢氧燃料电池酸性氢氧燃料电池1、正负极材料、正负极材料正极室：通氧气正极室：通氧气负极室：通氢气负极室：通氢气电解质：电解质：H2SO4溶液溶液（氧化剂）（氧化剂）（燃料）（燃料）使用铂电极使用铂电极2、工作机制、工作机制2H2-4e-=2H+负极：负极：正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：2H2+O2=2H2O3、优缺点简析、优缺点简析缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多优点：优点：能量转换率高、清洁、对环境友好能量转换率高、清洁、对环境友好其它燃料电池其它燃料电池书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如子反应的所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，形式存在，在在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；另一极反应；4 4溶液中不存在溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H结合成结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与、在碱性或中性溶液中它与水结合成水结合成OH；练练习习：航航天天技技术术上上使使用用的的氢氢氧氧燃燃料料电电池池具具有有高高能能、轻轻便便、无无污污染染的的优优点点。氢氢氧氧燃燃料料电电池池有有酸酸式式和和碱碱式式两两种种，它它们们放放电电时时的的总总反反应应都都可可以以表表示示为为2H2+O2=2H2O，酸酸式式电电池池中中电电解解质质是是酸酸，其其负负极极反反应应可可表表示示为为2H2-4e-=4H+，则则 其其 正正 极极 反反 应应 式式 为为 _ _ _。碱碱式式电电池池的的电电解解质质是是碱碱，其其正正极极反反应应式式为为O2+2H2O+4e-=4OH-，则则其其负负极极反反应应可可表表示为示为 _。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 练习、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然练习、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中成的甲烷燃料电池中a a极的电极反应式：极的电极反应式：，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ：。KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O课堂练习课堂练习P78 习题习题1、2、3小结：化化学学电电源源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的优每一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识池有初步的认识减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源